クラッチ
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クラッチ (Clutch) は、回転動力を伝達するための機械要素の一つである。入力軸と出力軸を機械的あるいは電磁的に結合し、原動機軸の回転を被駆動軸に伝えるもので、結合を解くことにより被駆動軸への回転の伝達を止めることができる。
内燃機関のように短時間に頻繁に起動・停止を繰り返すことが困難な原動機では、出力の伝達を一時的に停止するためには必須である。
また、起動停止が容易な電動機（モーター）においても、回転子の慣性のため瞬時に定格回転に達したり、停止することは困難である。電動機は一定回転数にしておき、その回転をクラッチで伝達すると意図したタイミングで回転力のオン・オフを行うことができる。
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[編集] クラッチの分類
[編集] 噛み合いクラッチ
入力軸、出力軸それぞれに取り付けた互いに噛み合う爪を利用し、動力を伝達する形式のもの。摩擦で伝達するのではなく、噛み合いで動力を伝達する為、動力のスリップロスが許されない箇所に使用される。その為、トルク伝達を制御する目的では使用されない。噛み合う歯形としては三角、角、台形がある。歯形によっては逆転運転ができないものもある。
代表的な例としてはドグミッションの内部の伝達機構として用いられている他、スターメーアーチャー社が開発した自転車用の内装変速機にて用いられている。
[編集] 湿式・乾式クラッチ
（三菱4G63エンジン用）
摩擦材はメタル系。円周方向に６本のダンパースプリングが設けられた強化型クラッチである。
（三菱4G63エンジン用）
両者とも、入力軸と出力軸のそれぞれに接続された円板同士を接触させることで生じる摩擦力により、動力の伝達を行うクラッチである。湿式クラッチは、潤滑油により円板を潤滑するもので、耐摩耗性や冷却性に優れる。これに対して乾式クラッチは潤滑を行わないもので、湿式クラッチに比べると構造が単純で保守性が高く、動力の遮断性に優れる。 オイルの抵抗を受けない乾式の方がクラッチの切れは良いが、オイルがダンパーの役割をする湿式の方が繋がる際のタッチが穏やかである。[1]
湿式クラッチはオートバイや一部の中～大型クラスの農耕用トラクター（ちなみにヤンマー製の農耕用トラクターの場合、ごく一部の30馬力以下の小型クラス(1500cc以下の小型特殊自動車区分の農耕用トラクター。例として「ヤンマートラクターEF324(24馬力)」、同「EF330VJ(30馬力)」等)にも存在する）で広く用いられている他、自動車のオートマチックトランスミッションにおける遊星歯車機構の切替にも用いられている。これらの多くは、小型化のため多数の入力側の円板と出力側の円板（フリクションディスク）を交互に重ねることで、接触面積を増大させた多板クラッチである。
乾式クラッチはマニュアルトランスミッションの自動車の大半に、1枚の出力円板を持つ単板のものが用いられている他、スポーツカーの一部やレーシングカー、オートバイに多板のものが用いられている。エンジンをチューンしてパワーアップした乗用車では摩擦材をブレーキパッドと同じメタル系の材質に替えたシングルプレートクラッチの他、ツインプレートやトリプルプレートといった多板クラッチに換装することがある。こうしたクラッチ板は一般的に「強化クラッチ」と呼ばれている。[2]
コンパクトさが要求されるオートバイのエンジンは一般的に横置きで、クラッチやトランスミッションと一体式であり、同じオイルで潤滑される。レイアウト上、大径のクラッチ板が使えない代わりに軸方向のスペースに余裕があるので、小径のクラッチ板で枚数を増やした湿式多板クラッチとなっている。オートバイはクラッチの使用頻度が高い上、エンジン回転数も高く、大径のクラッチ板では更に線速度が速くなってしまい、負担が大きいので小径湿式多板クラッチは合理的といえる。
ドゥカティや一時期のレーサーレプリカなどでは乾式多板クラッチを採用している車種もある。構造的には湿式と同じであるが、エンジンオイルに浸っておらず、クラッチが切れた状態ではカラカラと特徴的な音がする。エンジンオイルの攪拌抵抗を受けず交換が容易など、レースの世界ではメリットがあるが、耐久性に難がありジャダーが出易く、コストも手間もかかるので一般的ではない。またBMW、モトグッツィなどの縦置きエンジン車は、ほぼ四輪と同じ構造である。
[編集] 粉体クラッチ
わずかなすきまで対向させた1対の円板などの間に磁性体の粉を入れておき、磁力を作用させて回転を伝えるクラッチのことを電磁粉体クラッチと呼ぶ。 このクラッチディスクは製造過程が特殊なため、使用される車は希少である。
[編集] 遠心クラッチ
遠心クラッチとは、主として車や自動二輪において原動機の回転力を駆動力として伝達するために用いられており、原動機より伝達された回転力を摩擦抵抗の大きな物質（クラッチシュー）により、同軸上にある受け側の装置（クラッチアウター）に回転力を伝える装置である。
構造が簡単で伝達・遮断がエンジンの回転数で行う単純な操作でおこうことができる。小型バイク(50cc程度)、エンジン式刈り払器、エンジン式ラジコンヘリ(ラジコンカー)等に採用されている。
行程としては、
- 原動機の回転数が上がる
- 原動機より伝達された回転力が遠心力となり、クラッチシューが原動機の回転数に応じて外周方向へ開き始める
- クラッチシューが開くにつれ、外周にある受け側の装置と徐々に接触してゆく（俗に半クラと呼ばれる状態にある）
- 完全に接触しきると、原動機側の動力が受け側の装置に最大限伝達される
また、原動機の回転数を下げて遠心力を弱くすることでクラッチシューに組み込まれているバネ（クラッチスプリング）の力によってクラッチシューが中心軸側に引き寄せられて外周との接触部分がなくなると、動力の伝達は遮断される。
[編集] 電磁クラッチ
動力の断続を、電磁石への電力の断続をもって行う機構である。
機構そのものをプーリーに内蔵できるため、サイズを小型化できるメリットがあり、 「常時動力伝達の必要のない製品」に多く用いられる。身近な例ではカーエアコンの動力伝達に採用されている（多くの採用例はコンプレッサなどの圧縮装置である）。
また、動力の伝達率（自動車で云う半クラッチ領域）を、電流の強さでほぼ無段階に調整できる強みがあり、 CVT（無段階変速機）との組み合わせでトルクコンバータの代わりとして用いられる例もある。 高度電子化の著しい現代の自動車に於いて、電気で直接制御できる電磁クラッチの強みを生かした例といえる。
マニュアルトランスミッションではスバル・レックスに初めて採用された
オートマチックトランスミッションではスバルのECVT(Electro Continuously Variable Transmission)に採用
[編集] 流体クラッチ
「流体継手」を参照
70年代から80年代にかけての日本車において、３ペダルＭＴのクラッチ機構に流体クラッチを採用した車種が存在した。一つは1980年登場の４代目三菱・ギャランΣで、ガソリンターボ車とディーゼルエンジン車に採用された。もう一つはマツダが２代目ルーチェ・ロータリーやパークウェイ・ロータリー26等のロータリーエンジン車に「トルクグライド」として採用した。 いずれも、通常の５速ＭＴのパターンにATと同じく駐車用のPポジションが設けられている。三菱は主に大トルクを発生するエンジンにおいてクラッチの繋がりをスムーズにする目的で、マツダは低回転域のトルクが弱いロータリーエンジンのトルク増幅効果を狙い流体クラッチを採用したが、現在ではMTのクラッチ機構としてはほぼ廃れてしまった。[3]
[編集] 円錐クラッチ
1. 円錐（コーン）: 雌円錐（female cone) (緑), 雄円錐(male cone)(青)
2. インプットシャフト: スプラインが刻まれており、雄円錐が前後移動する。
3. 摩擦材: 雄円錐側に設けられ、摩擦で動力を伝達する
4. リターンスプリング: クラッチペダルを離すと、雄円錐を雌円錐側に押し戻す。
5. クラッチコントロール: クラッチペダルを踏む事で動力伝達が切られる。
6. アウトプットシャフト: エンジン側の動力を円錐クラッチに伝達する
コーンクラッチとも呼ばれるこのクラッチは乾式摩擦クラッチの一種であるが、2つの円板が動力を伝達する乾式円板クラッチと異なり動力伝達に2つの円錐状（テーパー）のコーンを用いる。円錐クラッチは楔と同じ原理で食い込む動作によって同じサイズの円板クラッチよりも高いトルク伝達性能を持つ。戦前以前の自動車（フォード・モデルTなど）や戦車などの軍用車両のマニュアルトランスミッションで一般的であったが、クラッチ機構その物がフライホイールの役割を兼ねる関係上、クラッチ自体の重さ及び操作力が非常に重い事と、円板クラッチの摩擦材が改良されてトルク伝達特性が良くなった事から、現在では円錐クラッチは比較的低速回転の機器を除いては余り使用されなくなった。比較的身近な例として、マニュアルトランスミッションのシンクロメッシュ機構に小型の円錐クラッチが用いられている。
なお、一般的な内燃機関で敢えて円錐クラッチを用いる例としては、レース、ラリー或いはエンデューロ等の競技車両の中でも、乾式多板クラッチですらトルク伝達に不足が生じる程の極限の負荷が掛かると想定される車両で限定的に用いられる他、パワーボートでも円錐クラッチは用いられている。これらの乗り物のエンジンは極端に高出力な上に、変速操作に必ずしもクラッチ操作を伴わずに変速を行う事も多い為、円錐クラッチが用いられる。
[編集] クラッチの操作
クラッチは、エンジンからの駆動力を駆動輪に伝え、またその伝え具合を調整する働きを持つ。エンジンからの駆動力が駆動輪にまったく伝わっていない状態を「クラッチが切れている」と表現し、この状態にすることを「クラッチを切る」という。反対に、エンジンからの駆動力を完全に駆動輪に伝えている状態を「クラッチがつながっている」と表現し、この状態にすることを「クラッチをつなぐ」という。
[編集] 四輪車
[編集] シフトチェンジ
マニュアルトランスミッション車を運転するときには、運転席にクラッチ操作のための、ペダルが存在する。四輪の自動車では、ほとんどの場合には運転者から見て左端に配置されており、左足で操作を行う。ペダルを完全に踏み込んだ状態ではクラッチが切れて動力は完全に遮断されており、また、完全に放した状態ではクラッチが繋がりほぼ完全に動力を伝達している。この中間の状態を「半クラッチ」と呼ぶ。停車状態から発車するときや、低速ギアから高速ギアへギアチェンジする際のクラッチ操作では、いきなりクラッチを繋ぐとエンストやノッキングを起こしてしまうので、半クラッチの状態を少しだけ維持する必要がある。半クラッチ状態では、クラッチ板はわずかに動力を伝え、かつ滑ることもできる。
オートマチック車では、クラッチペダルこそ存在しないが、クラッチ自体は搭載されており、機械によってクラッチの操作が行われている。
[編集] 自動二輪車
一部の車両を除き、動力の接続は油圧またはワイヤーを介して左手レバーで操作し、半クラッチ状態もレバー操作によって生み出すことができる。 創成期には四輪に倣って足踏み式のクラッチが一般的だった。
[編集] クラッチのメンテナンス
クラッチは経年使用により摩擦材が摩耗し、最終的には滑り症状が発生して動力の伝達が不可能となる為に、定期的に交換するか、滑りの症状が見られ始めたら直ちに交換する事が必要である。
一般的な乾式単板クラッチの場合、「加速の際にスピードが上がらず、エンジン回転数のみが上昇する現象が度々起こり始める」事が滑りの初期症状である。オートマチックトランスミッションなどの湿式多板クラッチの場合はこの滑り症状がある日突然現れ、一気に症状が悪化する[4]事が特徴的である。
仮にこの状態を放置した場合、摩擦板が完全に失われたクラッチプレートの金属部分がフライホイールやクラッチカバーのプレッシャープレートを切削してしまう為、最悪の場合フライホイールも使用不能となってしまう場合もある。
滑り症状の原因として、クラッチ板自体の極端な摩耗の他にクラッチ機構の調整不良も原因として挙げられる。現在の油圧式クラッチの多くはクラッチの遊びを自動調整する為、滑り症状の発生は摩擦材の寿命とほぼイコールであるが、比較的設計が古い車両に見られるワイヤー式クラッチの場合は、クラッチの遊びが手動で調整できるためにまずこの機構を用いて遊び調整を行ってみるのも良い方法である。
逆に、クラッチの遊びの設定が極端に少ない場合、クラッチの切れ不良と呼ばれる現象が発生する。クラッチペダルを踏み込んでも完全に動力が断絶されない為に、かつてのノンシンクロミッションでは走行中の変速が非常に難しくなるトラブルとなって判明する場合が多かった。現在のフルシンクロトランスミッションではある程度の切れ不良でもシンクロ機構が同調を行う為に変速その物は可能な場合が多いのだが、放置すればシンクロ機構に余計なダメージを与える事になる。現在の車両においてこの症状を判別する最も簡単な方法は、1速で少しだけ前進した後にクラッチを踏み、後退ギヤに変速してみる事である。極端なギヤ鳴りを起こして後退ギヤにシフトレバーが入らないような場合にはクラッチ切れ不良を疑うべきである。
なお、クラッチ切れ不良はワイヤー式クラッチの場合はワイヤーの遊び調整機構の微調整で解決出来るが、油圧式の場合はクラッチカバーその物の不良による自動調整機構の作動不良が原因の為、この症状が現れた場合には原則としてクラッチカバーの交換が必要になる。
クラッチの不具合の中ではやや特殊な事例ではあるが、クラッチプレートのダンパースプリングが破断する事で半クラッチ操作での衝撃が極端に大きくなったり、破断したスプリングの一部がクラッチプレートとフライホイール、或いはクラッチカバーの間に挟まり、クラッチが切れなくなるトラブルが稀に発生する場合がある。これは半クラッチを余り行わずに一気にクラッチを繋ぐ操作を多用する事で発生しやすい。この場合も、摩擦材の多寡にかかわらずクラッチプレートの交換が必要となる。
原則としてクラッチ交換の際にはクラッチプレート、クラッチカバー、レリーズベアリング、パイロットベアリング（装備されていない車両もある）の４点交換が推奨される為、市販のクラッチ交換部品の中にはプレート、カバー、ベアリングの３点ないし４点セット（海外のキットの場合は更にパイロットシャフトガイドツールも付属する事が多い）として一括販売される場合も多い。旧車などでクラッチキットが純正、社外互換共に手に入らない事例の場合はやむをえずクラッチカバーを再使用[5]し、クラッチプレートは摩擦材の張り替えで対処する場合もある。
なお、1990年代以前に製造されたクラッチプレートの摩擦材にはアスベストを使用したものも多い為、製造時期が不明なクラッチプレートを使用している車体や、1990年代以前に製造された旧車でクラッチプレートの交換履歴が不明な場合には、クラッチの分解整備の際にクラッチの粉塵を絶対に飛散させないように注意する必要がある。
[編集] 関連項目
[編集] 脚注
- ^ なお、乾式においてもクラッチを繋いだ際のタッチを穏やかにする為に、クラッチ板円周方向に複数のダンパースプリングを設ける事が多い。比較的低出力な車両の場合はスプリングではなく、ゴムダンパーが用いられる事もある。
- ^ なお、こうした強化クラッチではクラッチ接続時のロスを極限まで減らす事や、クラッチ板自体の重量を軽量化する目的で一般的な単板クラッチで設けられているダンパースプリングを省略する場合がある。
- ^ マツダの「トルクグライド」はロータリーエンジン特有のトルク変動で発生するクラッチディスクのヂャダーの回避と低速域での車体振動を防止するため、ＭＴ車のみにエンジンオイルを流体として１３Ｂ型エンジンに一時期採用された。
- ^ ATの場合は前進も後退も全く不可能となる。
- ^ 場合によってはプレッシャープレートを修正研磨するか、新規にプレッシャープレートを製作して分解交換する
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最終更新 2009年11月25日 (水) 01:48 （日時は個人設定で未設定ならばUTC）。
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